为什么原子几乎是空的,我们却不能穿墙?

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“原子大多是空的,所以我们可以穿墙。”这种推理的结局就是,你拿脸验证了物理学的耐心。 这就是物理学最让人绝望的地方:它老是揭露我们以为很合理的幻想有多蠢。我们确实生活在一个由原子构成的世界,而这

  “原子大多是空的,所以我们可以穿墙。”这种推理的结局就是,你拿脸验证了物理学的耐心。

  这就是物理学最让人绝望的地方:它老是揭露我们以为很合理的幻想有多蠢。我们确实生活在一个由原子构成的世界,而这些原子看似空空荡荡。原子核就像足球场中央的一粒芝麻,电子则在看台边缘悠哉地飘着,中间基本全是“虚空”。

  可是偏偏,当你拿脑袋和一堵砖墙打赌时,你得到的不是穿墙自由,而是医院的CT账单。

  为什么?因为宇宙比你狡猾,它在背后安排了两条铁律,死死守住你和墙之间的“边界”:电磁斥力和泡利不相容原理。

  先说第一个。电磁斥力听起来高大上,其实原理很简单:电子带负电,两个电子凑到一起时,谁也看谁不顺眼,立刻掀桌子——结果就是你推墙的时候,墙里的电子和你身体里的电子互相嫌弃,把你顶开。

  这不是你能选择的,而是宇宙强制执行的“冷漠”。所以别把“硬”理解成物质真的像钢铁一样坚不可摧,它本质上是一种排斥。换句话说,你撞墙失败,并不是因为你不够猛,而是因为墙在冷冷地告诉你:“滚开,你配不上和我贴得更近。”

  第二条铁律更狠,叫泡利不相容原理。翻译成人话就是:电子这些家伙有强迫症,不允许两个完全一样的存在占据同一个状态。

  宇宙写死了规矩:同一张椅子上,屁股只能一个一个坐,绝对不允许双拼。你想挤也没用。于是,当你身体里的电子云靠近墙壁里的电子云,它们马上亮出宇宙宪法:“禁止重叠,违者驱逐。”这就是为什么原子会维持自己的“疆域”,不让你轻易闯入。

  所以,你看到的“坚固”,其实是两种拒绝叠加的规则在起作用。硬度从来不是什么物质天生的属性,而是宇宙这套规则的副产品。你感受到的桌子、椅子、墙壁,它们全都只是电子互相排斥的结果。说白了,硬度只是幻觉,是物理学强行塑造出来的一种幻觉。

  那么,问题来了,量子力学是不是一点机会都不给?

  其实不是。量子世界总爱给人留一点荒诞的希望。它偷偷在规则里开了个小后门,叫“量子隧穿”。粒子不是单纯的小球,它们也是波。

  波有个有趣的特性:遇到障碍不会干脆反弹,而是会慢慢“渗透”进去。如果墙壁足够薄,这股波甚至可能在另一边留下影子。于是,在极小极小的概率下,电子真的能穿过去。

  这就是隧穿效应。如果没有它,太阳就不会发光。因为恒星内部的氢原子根本没本事靠近到能融合的地步,全靠那点微不足道的隧穿效应,它们才偶尔“作弊”,成功聚变,点燃了恒星。

  所以从某种意义上说,你虽然不能穿墙,但你每天晒到的太阳光,正是因为微观世界的“穿透奇迹”才存在的。

  不过别高兴太早,这种奇迹不会发生在你身上。科学家算过,一个完整的人靠量子隧穿走过墙壁的概率,大概是10的10的30次方分之一。看到这个数字你应该崩溃了,它比中彩票十次头奖再顺便娶个外星公主还荒谬。

  拿计算器算直接报零,连机器都懒得骗你。这就是宇宙的幽默感:给你开了个后门,但锁得比铁桶还严。

  有人可能会说,那要是未来科技能破解呢?别做梦了。真要能随便穿墙,整个社会会在三秒钟内崩溃。监狱失效,银行金库形同虚设,卧室墙壁毫无意义。没有任何财产、隐私和安全可言。整个文明秩序会瞬间倒塌,你还没来得及庆祝穿墙成功,人类社会就先玩完了。

  所以,你应该庆幸宇宙没给你这特权。

  再退一步讲,所谓“现实”,其实是建立在规则上的幻象。你以为的坚固不过是电子之间的排斥,你以为的独立空间其实靠的是泡利原理的死板执法。

  我们生活的世界不是坚固,而是规则强行维系的稳定。如果没有这两条法则,物质根本无法维持形状,世界就会瞬间塌缩成一团混乱。

  所以,下次你撞到墙的时候,不要埋怨鼻子。感谢物理吧。因为如果墙真能让你穿过去,恐怕你早就没机会在这里发牢骚了。

  参考:本文改写自 Larissa G. Capella 《Why can't we walk through walls if atoms are mostly empty space?》

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